【正文】 LD 10000 10000 10100 （ ） AND 10001 OUT 10100 10001 圖 27 用戶編輯語言 4. PLC 的特點(diǎn) ，抗干擾能力強(qiáng) 高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 (3)用戶編輯語言。 (2) 用戶程序結(jié)構(gòu)。 (1) 用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成的。操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序是大型 PLC 系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進(jìn)行信息交換和管理而編制的程序，包括各類畫面顯示和操作程序等，一般采用功能塊或其他高級編程語言編制。開關(guān)量邏輯控制程序是 PLC 用戶程序中重要的一部分，一般采用梯形圖、語句表或功能塊圖等編程語言編制。 2．用戶程序 用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造廠商提供的編語言自行編制的應(yīng)用程序。 （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用是由多個(gè)獨(dú)立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能， PLC 的各種具體工作都由這部分程序完成 。它的功 18 能又分為進(jìn)行時(shí)間分配的運(yùn)行管理，用于 PLC 控制 收入、輸出、運(yùn)算、自檢及通 信的時(shí)序；進(jìn)行存儲空間的分配管理，用于生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)存儲地址轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)據(jù)格式及物理存放地址等；進(jìn)行系統(tǒng)自檢，對系統(tǒng)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行等。系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分，如圖 25 所示。 運(yùn)行管理 程序管理 生成用戶元件 系統(tǒng)程序 用戶指令解釋程序 內(nèi)部自檢等 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 圖 25 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu) 1. 程序部分 系統(tǒng)程序是每個(gè) PLC 成品必須包含的部分，是由 PLC 的制造廠商提供，可由制造廠商編制，也可由軟件制造廠商編制。 二、 軟件系統(tǒng) PLC 僅有硬件系統(tǒng)是不行的，它還需要軟件系統(tǒng)的支持，沒有軟件系統(tǒng)， PLC是什么事情都做不成的。 （ 4） 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。外部：可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。與普通電源相比， PLC 電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信結(jié)構(gòu)模塊。與其他 16 PLC 連接，可組成多級系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制。 PLC 與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。 PLC 配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。模擬量輸出框圖如圖 24 所示。模擬量輸入框圖如圖 23 所示。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過變換后得到的，輸入信號為 4~20mA、 0~20mA、 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 等不同范圍的信號。常用的開關(guān)量輸出接口按其輸出功率開關(guān)器件分為三種類型：繼電氣輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口 /交流輸入接口。其中模擬量 I/O 接口模塊屬于三菱公司 PLC 的特殊功能模塊，如不特別說明， I/O 接口是指開關(guān)量 I/O 接口。 PLC 提供了多種操 作電平和驅(qū)動能力的 I/O 接口以便于用戶選用。 I/O 接口 15 一般都具有光隔離和濾波功能，以提高 PLC 的抗干擾能力。同時(shí) PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對象，以達(dá)到控制目的。 3. I/O 接口電路 I/O 接口電路通常也稱為 I/O 單元或 I/O 模塊，是 PLC 與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場之間的連接部件。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量一般指用戶程序存儲器。在 PLC 的工作數(shù)據(jù)存儲器中，設(shè)有存放 I/O 繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。現(xiàn)在有許多 PLC 直接采用 EEPROM 或閃速（ Fish） ROM 作為用戶存儲器。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于 CMOSA 靜態(tài)RAM 中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會丟失信息。系統(tǒng)程序關(guān)系到 OLC 性能，而且在 PLC 使用過程中不會變動，所以是由制造廠商直接固化 在 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用戶不能訪問和修改。在 PLC 中，存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)等。有些 PLC 還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （ 4） 從存儲器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。 （ 2） 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編輯中的語言錯(cuò)誤等。為處理器的采用提高可 PLC 得速度，使 PLC 更好的滿足 實(shí)時(shí)控制的要求。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編輯器進(jìn)行控制等。 目前，小型 PLC 為單 CPU 系統(tǒng)，而中、大型 PLC 則大多為雙 PLC 系統(tǒng)，甚至有些 PLC 中多達(dá) 8 個(gè) CPU。 PLC 中所配置的 CPU 隨機(jī)型 接收 驅(qū)動 現(xiàn)場信號 負(fù)載 圖 22 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 不同而不同，常用有三類，通用微處理器（如 Z80、 808 80286 等）、單片微處理器 (如 803 8096 等 )和位片式微處理器（如 AMD29 等）。 下面是對 PLC 各主要組成部分逐一進(jìn)行簡單介紹。 一、 PLC 的硬件系統(tǒng) 不管是整體式、模塊式還是混合式結(jié)構(gòu)的 PLC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體上都是相似的，其 硬件系統(tǒng)基本上由基本單元包括中央處理器（ CPU）、存儲器（用戶程序儲存器、系統(tǒng)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器）、（ I∕ O） 接口、通信接口、電源和外部設(shè)備等組成。它能完成邏輯運(yùn)算 、 順序控制 、 定時(shí) 、 計(jì)數(shù) 、 和算術(shù)操作等，它還具有“數(shù)字量或模擬量的輸入 ∕ 輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系 12 統(tǒng)連成一體”，易于“擴(kuò)充”， PLC 的整體認(rèn)識如圖 21 所示。 此定義還強(qiáng)調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，即它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的計(jì)算機(jī)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)操作 等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入∕輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 2. PLC 的定義 國際電工委員會（ IEC）于 1982 年 11 月頒發(fā)了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案第 1 稿， 1985年 1 月發(fā)表了第 2 稿， 1987 年 2 月有辦法了第 3 稿。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。它主要用來代替電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 11 第二 部分 PLC 的基礎(chǔ)知識和工作原理 一、 PLC 的基礎(chǔ)知識 1. PLC 的概述 可編程控制器（ Programmable Logic Controller, 簡稱 PLC）是計(jì)算機(jī)家族的一員是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。 第三部分 ，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 三 、 本文的主要工作 第一部分 ，回顧交通燈的歷史，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通管制的要求越來越高，采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)，才會滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大 10 量的可編程控制器應(yīng)用。 2. PLC 未來展望 21 世紀(jì)， PLC 會有更大的發(fā)展。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。目前，我國自己已可以 生產(chǎn)中小型可編程控制器。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì) 算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲元件都以繼電器命名。 20 世紀(jì) 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。 二、 PLC 的應(yīng)用與未來發(fā)展 1. PLC 的國內(nèi)外狀況 世界上公認(rèn)的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。以及一些輔助的交通策略如道路自動計(jì)費(fèi)、公共交通優(yōu)先等。采用動態(tài)路由導(dǎo)航與交通網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合 :以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)車輛控制系統(tǒng) AvcS為主的智能交通系統(tǒng) (ITS)。 目前城市交通控制研究的新發(fā)展主要體現(xiàn)在城市交通網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面 :區(qū)域交通信號燈和城市快速公路匝道口 雜道口扎道口 的新的控制方法上 。于是 ，智能交通系統(tǒng) (ITS)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅猛發(fā)展。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后期，隨著城市化進(jìn)程的加快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴(yán)重的社會問題，交通問題成為困擾世界各國的普遍性難題。澳大利亞在 70 年代末也開發(fā)了基于配時(shí)方案實(shí)時(shí)選擇方法來實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的 SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)系統(tǒng)。 國外對城市區(qū)域交通控制的研究，開始于 20 世紀(jì) 60 年代初。人們認(rèn)識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進(jìn)，還必須同時(shí)在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。繼氣動橡皮管式檢測器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測器相繼問世。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在 交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。這種系統(tǒng)以后不斷改進(jìn)、完善，成為當(dāng)今的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。 1928 年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)，形成 “ 靈活步進(jìn)式 ” 定時(shí)系統(tǒng) 。 1917 年，在美國鹽湖市開始使用聯(lián)動式信號系統(tǒng)， 把六個(gè)交叉路口作為一個(gè)系統(tǒng)，以人工方式加以集中控制。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的 “ 固定配時(shí) ” 方中國智能交通網(wǎng)式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。 1926 年英國人第一次安裝和使用自動化的控制器來控制交通信號燈，這是城市交通自動控制的起點(diǎn)。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動控制中來，從而促進(jìn)了交通自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展。 比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。 出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況 :制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時(shí)長。有一種利用 PLC 和傳感器的配合，較好的解決了車流量的不均衡、不穩(wěn)定的問題，也解決了本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題。 目前，有多種對十字路口交通燈的改良設(shè)計(jì)。 因此如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市交通道路，解決城區(qū)主干道與支道的交通擁堵現(xiàn)象，越來越多的成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的問題，且尤為需要一種能夠根據(jù)車流量的變化情況自適應(yīng)的控制交通燈時(shí)間的長短。十分形象的顯示出了 PLC 在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)